Расчет приемопередающего тракта SSB трансивера

,

.

Определим собственную  индуктивность печатного проводника по формуле:

,                        (23)

.

Определим индуктивность  двух параллельных печатных проводников  расположенных с одной стороны ПП с зазором, с противоположным направлением тока в них по формуле:

,                        (24)

.

Взаимную индуктивность  проводников  определим по формуле:

,                                        (25)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ ПП НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

 

В процессе эксплуатации на объектах и при транспортировании  конструкции РЭС подвергаются воздействию  внутренних и внешних механических сил. Внутренние силы возникают вследствие работы механизмов внутри самих РЭС, чаще всего за счет эксцентриситета вращающихся узлов, например якоря электродвигателя, вызывая “силовое” механическое возбуждение конструкции РЭС. Воздействие внешних сил, передающееся от объекта-носителя на РЭС через точки крепления, вызывает “кинематическое” возбуждение.

К внешним воздействиям относят гармонические, полигармонические  и случайные вибрации, однократные  и многократные удары, линейное ускорение  и акустический шум. Каждый вид воздействия  характеризуется совокупностью  кинематических параметров и их типовыми значениями для реальных объектов-носителей РЭС.

В результате механических воздействий в конструкциях РЭС  происходят обратимые и необратимые  изменения.

Обратимые изменения  связаны с временным нарушением устойчивости функционирования и проявляются  в виде “виброшумов”, возникающих в ЭРЭ, конструкциях РЭС и их монтажных соединениях. Изменение геометрических размеров элементов приводит к возникновению паразитной модуляции их параметров (емкости, индуктивности, проводимости). Нарушение электрического контакта в разъемных и неразъемных соединениях вызывает явление “дребезга” электрических сигналов, появление наводок и изменение параметров электрических и магнитных полей.

Необратимые изменения  связаны с нарушением целостности  конструкций РЭС из-за превышения пределов прочности их материалов для различных видов деформаций и возникновения явления усталости материалов, связанного с постепенным накоплением микроповреждений под воздействием многократных знакопеременных механических напряжений.

Целью расчета является определение действующих на ПП перегрузок при действии вибрации и ударов, а так же максимальных перемещений.

 

4.1 Расчет на действие  вибрации

 

В процессе эксплуатации ПП в составе ячейки и блока  подвергается механическим воздействиям, к которым относятся вибрации, удары и линейные перегрузки.

Под вибрацией понимают механические колебания элементов  конструкции или конструкции  в целом, при этом вибрация имеет  длительное закономерное воздействие. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью и виброускорением.

Характерным видом отказов  ЭРЭ при вибрационных воздействиях является усталостное разрушение (необратимое) выводов в области изгиба и  соединения с контактной площадкой  ПП в результате возрастания механических напряжений при резонансных колебаниях ЭРЭ или резонансных колебаниях ПП, на которой установлены ЭРЭ.

Первый случай относится  к условиям силового возбуждения  механической колебательной системы, второй – к условиям кинематического  возбуждения.

При силовом возбуждении  колебаний источник возмущений находится внутри конструкции, а сама конструкция через вязкоупругий элемент связана с объектом-носителем или покоится на фундаменте.

При кинематическом возбуждении  колебаний источником возмущений является объект-носитель, а конструкция РЭС  связана с ним через вязкоупругие элементы. Анализ динамических состояний конструкции сводится к определению собственных частот и параметров вынужденных колебаний конструкций при вибрационных и ударных воздействиях. В случае жесткого крепления конструкции РЭС к раме объекта-носителя возмущающие воздействия предаются непосредственно к внутренним элементам конструкции, жесткость взаимных связей которых часто неизвестна. В этом случае анализ динамических состояний сводится к расчету и оценке механических перегрузок действующих на реальные массы элементов конструкции и ЭРЭ.

Проводя проработку компоновки ПП или ячейки конструктор должен обеспечить вибропрочность, виброустойчивость  и отсутствие резонанса ЭРЭ в  рабочем диапазоне частот.

Вибропрочность –  способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия вибраций.

Виброустойчивость –  способность конструкции выполнять  функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия вибраций.

Условиями обеспечения вибропрочности ячейки являются:

- отсутствие в конструкции  ячейки механических резонансов;

- ограничение амплитуды  виброперемещения и виброскорости  значениями, исключающими опасные  напряжения и усталостные явления  в ЭРЭ и ПП;

- значения виброперегрузок в диапазоне частот внешних воздействий не должны превышать допустимых виброперегрузок для применяемых ЭРЭ.

Таким образом, оценка вибропрочности ячейки выполняется по следующим  показателям:

- частоте свободных  колебаний;

- допустимому значению  напряжения в материале ЭРЭ и ПП и предельному числу циклов нагружения;

- допустимому значению  виброперегрузки.

При расчете частот свободных  колебаний в качестве расчетной  модели ячейки используется модель пластины с равномерным распределением массы.

Проведем расчет действия вибрации на ячейку при следующих условиях. Печатная плата в составе ячейки и блока предназначена для работы в стационарных условиях. Это означает практически полное отсутствие механических воздействий, поэтому расчеты на виброустойчивость и удароустойчивость лишены смысла. Механические воздействия имеют место лишь при транспортировке.

Блок транспортируется в собранном упакованном и  законсервированном виде автомобильным, железнодорожным (в закрытых транспортных средствах), водным (в трюмах судов) или авиационным транспортом (в герметизированных контейнерах).

Целью расчета является определение действующих на ЭРЭ  и ПП перегрузок при действии вибрации, а так же максимальных перегрузок и проверка этих ЭРЭ и ПП на вибропрочность.

Исходными данными являются:

- диапазон воздействующих  вибраций  ;

- виброускорение  .

Принимаем диапазон действующих  вибраций при транспортировке блока  . В соответствии с ГОСТ 16019-2001 для 1 группы эксплуатации аппаратуры виброускорение .

Боковые стороны ПП расположены  в направляющих, считаем их опертыми. На нижней стороне ПП расположена  вилка разъема, на верхней стороне  ПП жесткий крепеж для УБНК, будем  считать, что эти края ПП жестко защемлены.

Расчетная модель ПП представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Расчетная  модель платы печатной

 

Считаем, что вибрации действуют в плоскости, перпендикулярной плоскости ячейки (ПП).

Определим коэффициент  , зависящий от способа закрепления сторон пластины, который необходим для вычисления частоты собственных колебаний пластины по формуле:

,                                         (26)

где - коэффициенты определяемые из [3], в соответствии с моделью закрепления пластины; ; ; ; ;

- длина пластины (совпадает с  длиной ячейки), м;  ;

- ширина платины, м;  .

.

Определим цилиндрическую жесткость пластины по формуле:

,                                                     (27)

где - модуль упругости для материала пластины (стеклотекстолит), ; ;

- толщина платы, м;  ;

- коэффициент Пуассона (для стеклотекстолита); .

.

Определим массу платы  с элементами по формуле:

,                                                   (28)

где - плотность материала платы (стеклотекстолит), ; ;

- суммарная масса ЭРЭ установленных  на ПП, определяем по таблице  4 раздела 1.4, ; .

.

Определим частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины по формуле:

,                                                (29)

.

Собственная частота  колебаний конструкции значительно  превышает частоты действующих на конструкцию вибраций.

Определим коэффициент  динамичности. В случае кинематического  возбуждения, когда источник вибрации находится вне электронной аппаратуры, коэффициент динамичности рассчитывают по следующей формуле:

,                                                (30)

где - показатель затухания для стеклотекстолита; ;

- коэффициент расстройки.

Определим коэффициент  расстройки для максимальной частоты действующей вибрации по формуле:

,                                                         (31)

где - максимальная частота действующей вибрации, Гц; .

,

.

Для остальных частот действующей вибрации коэффициент  расстройки будет меньше и соответственно коэффициент динамичности будет  ближе к 1.

Определим амплитуду  вибросмещения основания  при максимальной частоте возбуждения по формуле:

,                                                      (32)

.

Определим виброускорение и виброперемещение ЭРЭ.

В центре ПП нагрузка на ЭРЭ будет максимальной. Найдем относительные координаты центра ПП по формулам:

,                                                        (33)

где - координата элемента по оси абсцисс, м.

,                                                          (34)

где - координата элемента по оси ординат, м.

,

.

По [3] определим значения коэффициентов  и для различных условий закрепления краев пластины:

- ; 

- .

Определим коэффициент  передачи по ускорению  по формуле:

 

,                                (35)

.

Определим виброускорение и виброперемещение элементов РЭА.

Для пластины виброускорение определяется по формуле:

,                                            (36)

.

Выразим виброускорение в единицах g по формуле:

,                                                 (37)

.

Определим виброперемещение по формуле:

,                                               (38)

.

Определим максимальный прогиб ПП по формуле:

,                                                (39)

.

Произведем оценку выполнения условия вибропрочности по следующим критериям:

- для ИМС, транзисторов, резисторов и других ЭРЭ амплитуда виброускорения должна быть меньше допустимых ускорений , которые определяются в процессе анализа элементной базы:

,                                                  (40)

Непосредственно у центра ПП располагаются  микросхема MAX232, конденсатор К10-17 и микроконтроллер ATmega 8535, проверим для них выполнение условия (40).

Проверяем выполнение условия (40) для микросхемы MAX232:

.

Условие выполняется.

Проверяем выполнение условия (40) для конденсатора К10-17:

.

Условие выполняется.

Проверяем выполнение условия (40) для микроконтроллера ATmega 8535: